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◎ 科技日報 記者 陸成寬

光都無法逃脫，如饕餮般吞食一切的黑洞，真的會偶爾打個“飽嗝”，把吃進去的東西“吐出來”嗎？2月15日，《自然?通訊》在線發(fā)表了一項慧眼衛(wèi)星的最新科研成果。

“慧眼”衛(wèi)星首次探測到冕的動力學演化。

通過分析慧眼衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，來自武漢大學和中科院高能所等單位的研究人員在黑洞雙星中發(fā)現(xiàn)，通常稱為冕的等離子體流可以逃離黑洞強引力場，向外高速運動，并且首次在黑洞雙星中觀測到冕的速度演化。研究表明，冕趨向黑洞收縮的同時，也以接近光速向外運動，而且冕的尺度越小，速度越大。這項成果為研究冕在黑洞吸積過程中的運動提供了重要依據(jù)。

黑洞吞噬恒星的過程，通常以“雙星共舞”的形式展開。早在上世紀60年代，天文學家就在銀河系中探測到了X射線輻射源。在這些X射線源中，天鵝座X-1是第一個被認為存在黑洞的雙星系統(tǒng)。隨著天文學的發(fā)展，在銀河系中發(fā)現(xiàn)的黑洞X射線雙星系統(tǒng)越來越多。

黑洞本身雖無光，但在黑洞X射線雙星中，大量伴星物質(zhì)會被吸附在黑洞周圍轉(zhuǎn)動，形成一個發(fā)光的盤狀結構，也就是通常說的吸積盤。在吸積盤內(nèi)區(qū)附近，科學家們發(fā)現(xiàn)了一團超高溫等離子體，也就是神秘的黑洞“光冕”，類似于太陽周圍的日冕?！叭欢?，冕在黑洞附近如何運動一直是致密天體研究中的一個未解之謎?！闭撐牡谝蛔髡?，武漢大學游貝博士說。

2018年3月，距我們大約光年處的黑洞X射線雙星MAXI J1820+070爆發(fā)，而且在相當長一段時間里是天空中最亮的X射線源之一?；垩坌l(wèi)星對這個天體的爆發(fā)進行了高頻次的觀測。

2020年，通過分析慧眼衛(wèi)星的時變數(shù)據(jù)，由高能所領銜的研究團隊在MAXI J1820+070中發(fā)現(xiàn)了迄今為止能量最高的低頻準周期振蕩（QPO）信號，提供了從黑洞視界附近向外發(fā)出相對論噴流，也就是向外高速運動的等離子體流的觀測證據(jù)。

資料圖：“慧眼”衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)離黑洞最近的噴流產(chǎn)生的準周期調(diào)制信號的藝術想象示意圖。

對于冕在黑洞吸積過程中如何運動，以往的研究比較側重于理論，觀測證據(jù)相對較少。理論上，越靠近黑洞，由于引力彎曲效應和吸積盤相對于冕的張角的緣故，冕輻射出的X射線光子對吸積盤上的照射程度應該越強。

然而，這和研究團隊對慧眼觀測數(shù)據(jù)的分析結果恰恰相反。近期，通過分析慧眼衛(wèi)星的能譜數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，當冕逐漸衰弱，空間尺度趨向黑洞收縮時，其對吸積盤的照射程度也在減弱。

研究團隊指出，目前對這一現(xiàn)象最合理的解釋是：冕在收縮的同時，冕中的等離子體流正在以接近光速向外運動 ，這為慧眼團隊已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的離黑洞很近的相對論噴流提供了獨立的觀測證據(jù)和物理解釋。

研究團隊進一步發(fā)現(xiàn)，冕尺度越小，速度越大，因此冕物質(zhì)運動的相對論性集束效應抑制了黑洞的引力彎曲效應。 此研究成果第一次系統(tǒng)地描繪了黑洞X射線雙星在爆發(fā)過程中，等離子體流逃離黑洞引力場的速度演化，對于理解黑洞吸積過程和相對論效應意義重大。

資料圖：“慧眼”衛(wèi)星在太空的藝術想象圖。

慧眼衛(wèi)星通過其時變數(shù)據(jù)，在MAXI J1820+070的黑洞視界附近發(fā)現(xiàn)了以接近光速向外運動的等離子體流，及其進動過程；而利用其能譜數(shù)據(jù)，也發(fā)現(xiàn)了以接近光速向外運動的等離子體流，及其速度的演化。

對此，論文共同通訊作者、中科院高能所研究員張雙南表示，這兩項相互印證的研究成果，展示了慧眼衛(wèi)星進行寬能段時變和能譜研究的綜合優(yōu)勢。

來源：科技日報 文中圖片均由中科院高能所提供